加強學生實驗分析探究能力的培養
2011-12-31 00:00:00周征
中學教學參考·理科版 2011年8期
化學是一門以實驗為基礎的科學。學習化學的一個重要途徑是實驗，通過實驗以及對實驗現象的觀察、記錄和分析等可以發現和驗證原理、學習科學探究的方法并獲得化學知識。隨著高考改革的深化，實驗題由驗證式實驗向探究性實驗過渡，這就對教師如何培養學生的實驗分析和探究能力提出了更高的要求。
高考考試說明中對實驗的要求第一點就是：了解化學實驗是科學探究過程中的一種重要方法。而命題方向加強了對教材基本實驗內容、細節的考查。如把課本的一些小實驗重組成一個微型的研究課題，從而達到培養學生學習化學興趣的目的。我們在對學生的教育教學過程中，應多重視在課本實驗的基礎上進行探究，注意培養學生實驗探究的能力。多年來，我們采取了以下幾點做法，在高一年級有意識地培養學生化學實驗技能，收到了較好的效果。
一、分析一個典型實驗，闡明一類實驗規律，構建各類實驗的知識框架
根據化學教學大綱和教材，就實驗內容來講，可歸納為以下幾種類型。
（1）制取固態、液態、氣態物質的實驗。（2）闡明概念，證明基本理論和定律的實驗。（3）研究物質的性質和各類物質之間的相互關系的實驗。（4）定量方面的實驗。
一般說來，每一類實驗的原理、裝置、操作等方面總有規律可循。因此我們在講每一類實驗中的第一個典型實驗時，首先向學生分析這類實驗的設計原理和內容要求。而后再指導學生親自動手完成實驗，在此基礎上師生通過分析、對比，共同總結出這類實驗的規律，以期達到觸類旁通、舉一反三的目的。如實驗室制取氯氣是高一學生第一次接觸到系統的氣體制備，通過實驗，我們引導學生總結出制取氣體的實驗原理和所需要的基礎知識以及操作等方面的規律，構建氣體綜合實驗的知識框架如下：
二、剖析一個典型實驗，講清一類實驗的操作內容
實驗操作的正確與否，不僅是保證安全和實驗效果的先決條件，也是培養學生實驗技能所必需的。以通過實驗室里制取氯氣為例的實驗分析，可歸納總結出以下操作內容：（1）儀器的選擇、連接和固定；（2）裝置氣密性的檢查；（3）藥品的取用；（4）加熱方法；（5）氣體的凈化和干燥；（6）氣體的收集和放置；（7）裝置的拆卸。
在這方面，我們除按實驗原理、要求提出有關的操作內容和要求外，還著重講了以下幾點：
（1）制取氣體：應注意思考以下幾個方面：從試劑性質和反應條件來考慮選擇制取氣體的裝置，如裝置為固液加熱型或固液不加熱型或固固加熱型等。
（2）凈化原則：從氣體的性質和可能含有的雜質氣體的性質考慮凈化的順序與方法，有毒氣體要注意尾氣的吸收。注意：①凈化劑不能跟被凈化的氣體反應；②不能引入新的雜質；③一般不使用氣體凈化劑，多用固體或液體凈化劑。
（3）干燥氣體原則：干燥是一種凈化氣體的特殊方法，故應遵循凈化原則，特別要注意使用合適的干燥劑。
（4）收集檢驗氣體原則：收集檢驗氣體時，根據氣體的性質選擇相關儀器或操作。根據氣體的密度，選用合適的裝置，另外還考慮其水溶性、是否參與其他的化學反應等。
（5）尾氣處理原則：中學教材中涉及的尾氣處理的方法常用的有兩種：一是點燃法，如CO通過點燃轉換成CO2；二是試劑吸收，如Cl2可用濃堿液吸收。
【例1】 上圖中是一實驗室制取純凈、干燥的氯氣的實驗室裝置圖。
由該圖可設計出許多的考查題目，如：
（1）該實驗A裝置中發生的化學反應方程式是：
。
（2）為了除去Cl2中混有的氯化氫，B裝置中盛放
下列哪種溶液（填序號）： 。
A.濃H2SO4 B.飽和食鹽水
C.澄清石灰水D.淀粉KI溶液
（3）E裝置的作用是 。
（4）用含HCl為146g的濃鹽酸與足量的MnO2反應，實驗制得的Cl2將 (填大于、小于或等于)2mol，原因是 。
分析：在實驗室用濃鹽酸和二氧化錳混合加熱制取氯氣時，溫度不宜過高，一般不超過90℃，否則HCl揮發，水的沸點也不高，所以制得的氯氣中可能混有氯化氫和水蒸氣。除去HCl氣體可用水作吸收劑，若改為飽和食鹽水吸收HCl效果更好，因為氯氣在飽和食鹽水中的溶解度很小。這是因為氯氣與水能發生下列反應： C12＋H2O→HCl＋HClO。又根據氯氣的性質，要想干燥氯氣，只能選用液體或顆粒狀的酸性干燥劑，通常用濃硫酸做干燥劑。實驗室制備氯氣的基本原理是氧化濃鹽酸，但隨著反應的進行，鹽酸濃度逐漸變小，所以不管濃鹽酸與氧化劑的比例如何，最后溶液中總是“剩余”一定量的鹽酸。氯氣是有毒氣體，不能直接排放到大氣中，氯氣易與堿反應，一般在實驗室用堿作吸收劑。
三、明確選擇儀器的原則，正確選用儀器
實驗中，培養學生準確地選擇儀器，是保證實驗順利完成的前提之一。選擇儀器的原則應考慮反應物和生成物的性質，反應條件和反應速度。
中學化學教材里，化學反應的條件有：常溫、加熱、加壓、催化劑等。用不同的反應條件、反應物的性質來制取新物質時，所需要的儀器也就不完全相同。如對固體物質進行加熱制取氣體時，可采取如初中制取氧氣的反應裝置。對氣體的收集方法和操作，應根據氣體的溶解度、對空氣的相對密度、常溫能否與水或空氣中任一成分反應等因素而定。所以在講到SO2等氣態物質時，就可以啟發學生通過對反應物和生成物的性質、反應條件等因素的分析，提出實驗所需要的儀器、裝置。通過有針對性的訓練，學生的分析能力得以提高。
【例2】 現有一定量含有Na2O雜質的Na2O2試樣.請從下圖中選用適當的實驗裝置，設計一個最簡單的實驗，測定Na2O2試樣的純度。（可供選用的反應物只有CaCO3固體、稀鹽酸和蒸餾水)
請填寫下列空白:
(1)寫出實驗中Na2O和Na2O2分別發生反應的化學方程式：
。
(2)應選用的裝置是(只要求寫出圖中裝置的標號)。
(3)所選用裝置的連接順序應是(填各接口的字母;連接膠管省略) 。
分析：本題選自高考試題，CO2和H2O兩種物質與試樣中Na2O2反應產生O2，然后用排水法收集O2，測定其體積，求出Na2O2的純度。方案一： Na2O + H2O = 2NaOH， 2Na2O2+2H2O = 4NaOH + O2↑； 方案二： Na2O + CO2 = Na2CO3， 2Na2O2 +2CO2 =2Na2CO3 + O2。方案一是試樣與H2O反應產生O2，測O2體積即可；而方案二必須先制取CO2，CO2與Na2O2反應所得的O2還需要凈化方可測O2的體積，顯然方案一更簡單。
圍繞方案一的實驗選擇裝置，其考慮點主要是反應物的狀態和反應條件，選取固液反應裝置⑤，再選取①和④，最后根據①的用途是“A進B出”。而方案二中第（3）問中的儀器連接較復雜，當年的評分標準為即使全對，9分的題也只能得6分，顯然是不推薦的。
四、結合重點范例，重視對實驗操作和現象描述語言的準確性
有了相關的實驗技能基礎，還應當加強對實驗綜合題的訓練，以達到融會貫通的目的。
【例3】 (2006年全國-28) 在呼吸面具和潛水艇中可用過氧化鈉作為供氧劑。請選用適當的化學試劑和實驗用品、用圖中的實驗裝置進行實驗，證明過氧化鈉可作供氧劑。
（1）A是制取CO2的裝置。寫出A中發生反應的化學方程式：。
（2）填寫表中空格：（請在答題卡上填空）
儀器
加入試劑
加入該試劑的目的
B
飽和NaHCO3溶液
C
D
(3)寫出過氧化鈉與二氧化碳反應的化學方程式： 。
(4)試管F中收集滿氣體后，下一步實驗操作是： 。
分析：對這道實驗題，只要學生具備了扎實的實驗基礎和實驗分析能力，并注意描述實驗操作和現象的準確性，不難解答。
綜合以上所述，在教學中，應多發揮學生的積極性和主動性，激發學生的求知欲，引導學生思考和探究。這樣既提高了學生的聯想能力和知識遷移能力，也增強了學生的創新意識、學習的自覺性和主動性，形成嚴謹的科學態度。但要注意教學設計不要太難，跨度不要太大，要注意把起點放在學生的“最近發展區”，思維階梯要合理，使學生充分地感受到解決問題后的愉悅感和成就感，自信心和學習興趣增強，興趣又轉化為持久的學習動力，從而實現高層次的教學目標。
(責任編輯 廖銀燕）
“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”
